胶原作为来源丰富的生物大分子,可以从许多机体组织中进行分离提纯,去除端肽后的胶原可以消除其抗原性,并可用于加工制备成具有良好生物相容性的生物材料。胶原作为细胞外基质的主要成分,广泛存在于哺乳动物的大部分组织和器官中,起支持和保护作用。同时,胶原作为具有生理活性的生物大分子,可参与机体内的多项生理过程,诸如细胞的黏附、增殖、迁移和分化,细胞的信号传导,以及组织的构建和再生等。胶原在机体多种组织器官中具有取向分布的特点,其取向与组织器官的结构、生物力学性能及生理功能密切相关。组织内胶原纤维取向的破坏会导致组织结构的变化,使其失去原有的生物力学性能,从而影响其正常的生理功能。目前,在修复损伤组织时,为了保持胶原纤维的取向完整性,实现损伤组织更好的修复并与周围组织能更好的融合,已经成为生物材料、组织工程和再生医学研究的方向之一。本研究重点是在体外构建具有明确取向结构的植入材料。本论文基于对胶原基材料取向构建研究进展的综述,分析了构建过程中影响胶原纤维取向的因素,研究了胶原纤维的形成和风力辅助取向机制,并在制备取向胶原基材料的基础上开展了生物矿化的研究,为胶原基材料的制备、研究和应用提供新的思路和方法。1、胶原纤维形成机理的研究选用sigma牛腱Ⅰ型胶原制备胶原溶胀液,首先,对组装前的胶原溶胀液进行表征,红外、紫外、圆二色谱和DSC结果表明,在选定的实验浓度、实验温度范围内,胶原能保持稳定的三螺旋结构。随后,对胶原在PBS缓冲液作用下的自组装过程进行了研究,粒径、紫外和ITC结果表明,胶原的自组装是一个多阶段的复杂过程,原子力显微镜观察结果显示,胶原在PBS缓冲液作用下可以自组装形成具有典型横纹结构的胶原纤维。研究中发现,胶原的自组装过程受浓度、温度、pH值和离子强度等条件的影响,所形成的胶原纤维尺寸及横纹结构会发生变化。2、胶原基材料取向制备的研究搭建可控制气流强度、方向、温度的实验装置,考察基底材料表面性质、温度、浓度、气流强度、气流方向、气流作用时间对胶原材料取向的影响,探索气流作用影响下胶原材料的取向机制。通过扫描电镜和原子力显微镜的观察以及利用MATLAB编程分析,本实验所制备的胶原材料胶原纤维具有较好的取向度,同时保持了横纹结构的完整性。3、胶原生物矿化机制的研究模拟生物矿化过程,仿生制备胶原矿化材料并进行表征。用扫描电镜和透射电镜观察发现,胶原可以发生一定程度的矿化,形成具有一定分布规律的晶体。选区电子衍射和X射线衍射表征显示,所形成的矿化晶体主要为多晶形态的羟基磷灰石。红外结果显示,在矿化过程中胶原的结构维持相对稳定,没有发生明显的变性。通过原子力显微镜的观察以及利用MATLAB编程分析,本实验所制备的矿化胶原材料中,胶原纤维具有较好的取向度,同时保持了横纹结构的完整性。